Reliability-based design and topology optimization of aerospace components and structures

• Autores: Carlos López Rodríguez
• Directores de la Tesis: Santiago Hernández (dir. tes.), Aitor Baldomir (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidade da Coruña ( España ) en 2017
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 230
• Tribunal Calificador de la Tesis: Pascual Martí Montrull (presid.), J. Díaz (secret.), Osvaldo M. Querin (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología aeronáuticas
      • Estructuras de aeronaves
    • Tecnología de la construcción
      • Ingeniería de estructuras
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RUC
• Resumen
  • español

    Este trabajo presenta una investigación en análisis de fiabilidad (RA) y diseño óptimo en entornos de incertidumbre (RBDO) con el objetivo de resolver problemas prácticos de estructuras aeroespaciales. Se han considerado dos tipos de problema, cada uno siendo resuelto con un enfoque diferente. En el primero se aplica optimización topológica en entornos de incertidumbre (RBTO) a estructuras aeroespaciales similares a las que se pueden encontrar en un contexto industrial, mientras que el segundo aplica RBDO a componentes aeroespaciales que requieren simulaciones minuciosas y costosas computacionalmente para predecir correctamente su comportamiento. El método de RBDO usado en ambos enfoques es el de optimización y evaluación de fiabilidad secuencial (SORA) debido a su naturaleza desacoplada, que permite separar las fases de optimización determinista (DO) y RA siendo fácilmente combinable con software externos. Por otro lado, el método de RA seleccionado es el valor medio híbrido (HMV) debido a su robustez. Ambos algoritmos se han implementado en códigos de MATLAB que trabajan en ambientes de computación de alto rendimiento (HPC). En el primer enfoque se combinan con un software de optimización externo (Altair Optistruct) capaz de resolver problemas de optimización topológica determinista (DTO). En el segundo enfoque los códigos de MATLAB se combinan con un software de análisis de elementos finitos (FE) externo (Abaqus), y la fase de RA se beneficia de un metamodelo basado en la expansión polinómica del caos (PCE) para ahorrar coste computacional. En este marco de referencia, se han resuelto varios ejemplos, que incluyen un ala, la parte trasera de un fuselaje y un pilono para el primer enfoque y un panel rigidizado de material compuesto en el segundo enfoque.

  • English

    his work presents a research on Reliability Analysis (RA) and Reliability-Based Design Optimization (RBDO) with the target of solving practical aerospace structures problems. Two types of problems are considered, each one solved with a different approach. The first one applies Reliability-Based Topology Optimization (RBTO) to industry-like aerospace structures, while the second performs RBDO on aerospace components that require meticulous and computationally expensive simulations in order to predict accurately their behaviour. The RBDO method used in both approaches is the Sequential Optimization and Reliability Assessment (SORA) due to its uncoupled nature, which allows to separate the Deterministic Optimization (DO) and RA phases being easily combinable with external software. On the other hand, the RA method selected is the Hybrid Mean Value (HMV) given its robustness. Both algorithms have been implemented in MATLAB codes working in a High Performance Computing (HPC) environment. In the first approach they are combined with an external optimization software (Altar Optistruct) able to perform Deterministic Topology Optimization (DTO) problems. In the second approach the MATLAB codes are combined with external Finite Element (FE) analysis software (Abaqus), and the RA phase benefits from a Polynomial Chaos Expansion (PCE) based metamodel in order to save computating time. Several application examples have been carried out, including a wing, a rear fuselage and a pylon in the first approach and a stiffened composite panel in the second approach.